水泥窑协同处置固体废物时VOCs排放浅析-北极星VOCs在线

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摘要：水泥窑协同处置固体废物有利于节能和废物回收利用,然而苯、甲苯、乙苯和二甲苯的排放量与非协同处置窑相比有增加的趋势。本文通过在4600t/d生产线协同处置替代原燃料(AFR,比如城市生活垃圾)和7800t/d生产线协同处置生物质燃料时对烟气挥发性有机物(VOCs)的排放进行了研究。结果表明,生料磨开机比停机时VOCs排放浓度要高,但VOCs中各组分的占比与生料磨开机与否关系不大,挥发性有机物的比例主要取决于固体废物的种类；当协同处置生物质燃料时,二甲苯的比例有增加的趋势；VOCs排放与热量替代率、分解炉温度、窑速和物料停留时间等有一定的关系,其中苯与其他VOCs表现出不同的变化趋势,这是因为苯与其他化合物相比氧化能要求较高。

0 引言

水泥工业是一个能源密集型产业，其能源成本约占35%。水泥窑协同处置固体废物，使用替代燃料作为二次燃料，以降低化石燃料消耗的成本。在水泥厂，每吨煤可被1.6t稻壳替代为AFR（替代原燃料）。除节约资源和节约能源外，水泥窑通过协同处置产生的二氧化碳排放量可在40%的热量替代率（TSR）下减少0.118t/t熟料。但与非协同处置窑相比，协同处置窑的BTEX（苯、甲苯、乙苯和二甲苯4种有机化合物的总称）排放量可能更高。BTEX被认为是导致区域能见度、气候变化和潜在健康危害的主要来源。

非协同处置窑的BTEX排放量在2.346~3.458mg/Nm³之间，协同处置窑处置不同废物时的排放量在1.859~46.804 mg/Nm³之间。根据Fatimah的研究结果，水泥窑协同处置固体废物时BTEX的平均排放比仅使用煤的窑高出0.5~20倍。

水泥工业的BTEX排放是由预热器中有机组分分解而形成的。对于采用电除尘的水泥窑系统烟气排放控制，苯0.0016kg/t熟料、甲苯0.00010kg/t熟料、乙苯9.5×10^-6kg/t熟料和二甲苯6.5×10^-5kg/t熟料。就总VOCs而言，欧洲国家的VOCs排放系数为52.4g/t熟料（烟气量2300Nm³/t熟料）。

根据欧盟2000/76/EC指令，焚烧或协同处置过程中BTEX和其他挥发性有机化合物（VOCs）的日平均排放限值为10mg/Nm³。在高温（1200~2 000 ℃）下，停留时间超过2s，可使窑内二次燃料中的有毒化合物完全分解，达到99.99%。尽管如此，水泥窑烟气的VOCs排放浓度仍超过阈值。水泥窑协同处置固体废物产生VOCs的机理尚不清楚，因此，有必要对水泥窑协同处置固体废物的种类及工况与VOCs排放浓度的关系进行研究，作为进一步应用于可持续发展的初步研究。

1 材料和方法

首先在预热器/分解炉系统前以1L/min的流量，使用DESAGA型气体采样器采样30min采集烟气样品，再从筒仓采集AFR样品，采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）对样品进行分析，测定各组分气态有机化合物的质量浓度。利用活性炭和溶剂解吸法，找出VOCs排放浓度与AFR替代率之间的关系，并按式（1）计算热量替代率TSR：

原标题：水泥窑协同处置固体废物时VOCs排放浅析

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